深松对不同耐密性春玉米增密增产调控机制

于晓芳，孙洪利，高聚林※，王志刚，杨恒山，张瑞富，胡树平，孙继颖

深松对不同耐密性春玉米增密增产调控机制

于晓芳1，孙洪利1，高聚林1※，王志刚1，杨恒山2，张瑞富2，胡树平1，孙继颖1

（1. 内蒙古农业大学农学院，呼和浩特 010019；2. 内蒙古民族大学农学院，通辽 028042）

为了探明深松对玉米品种耐密性的影响机制，该研究在内蒙古三大平原灌区，以不同耐密性春玉米品种为试验材料，在深松和浅旋耕作条件下，设置4.5～10.5万株/hm2范围5个种植密度梯度，对植株根系结构特征、冠层生理特性及产量变化进行对比分析。研究结果表明，深松后土壤环境得到明显改善，从而促进根系生长发育，有效地缓解植株后期的衰老，延长叶片的持绿期和光合生产时间，延缓单株干物质积累量随密度增加的下降速度，提高玉米的耐密性，最终达到增密增产效果。强耐密性品种通过深松调控能够增密0.79万株/hm2，增产1.37 t/hm2；弱耐密性品种通过深松调控能够增密0.60万株/hm2，增产1.06 t/hm2。花后日温差<10 ℃天数、花后日照时数<8 h天数、花后日均温度和土壤中速效磷含量是造成玉米品种对深松响应区域间差异的主要因素，强耐密性品种的深松调控效果在区域间更稳定，该研究可为内蒙古平原灌区采用深松措施实现再增密增产提供科学依据。

作物；深松；耕作；春玉米；耐密性；增密增产

0 引 言

作物产量的形成是基因型、栽培措施及生态因素综合作用的结果[1-2]。合理增加种植密度是国内外玉米增产的重要途径[3]。但是中国由于长期小动力农机具整地，造成耕层土壤浅、实、少和犁地层厚等问题十分突出[4]。过浅的耕层不足以支撑增大的群体，过厚的坚硬犁底层不能缓解增密带来的拥挤效应，导致玉米增密后倒伏早衰现象加重，从而限制了玉米增密增产潜力的发挥，最终表现为增密不增产，甚至减产。深松耕作是一项保护性耕作，可以打破犁底层，扩大根系吸收水分和养分的范围[5]，延缓作物生育后期的衰老，增强了作物抗倒伏能力[6-7]，提高耐密性，进而显著增加作物产量[8-11]。因此，深松与耐密品种互作将成为玉米增密增产的主要栽培模式[12]。

内蒙古是中国玉米主产区之一，与美国黄金玉米种植带的纬度相近，但是内蒙古自治区玉米的单产水平仅为6 480.0 kg/hm2[13]与美国平均单产11 009.4 kg/hm2[14]相差甚远，分析造成单产差距的原因主要在于耕层土壤结构差、耐密品种匮乏、种植密度偏低（4.9~6.5万株/hm2）。

据此，本研究在内蒙古河套平原灌区、土默川平原灌区、西辽河平原灌区等玉米主产区，以不同耐密性高产春玉米品种为试验材料，设置不同密度梯度，在常规浅旋及深松耕作2种耕作方式下，通过玉米品种根冠结构功能特性及产量构成的对比分析，揭示深松对不同耐密性玉米品种耐密特性的影响和深松的增密增产潜力。为内蒙古平原灌区通过深松耕作达到玉米再增密增产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验于2016年和2017年在巴彦淖尔市五原县民利村（河套平原灌区）、包头市土默特右旗北只图村（土默川平原灌区）和通辽市开鲁县蔡家堡村（西辽河平原灌区）进行。2 a试验设计相同，采用再裂区试验设计，耕作方式为主区，设常规浅旋15 cm、深松35 cm 2个处理；品种为副区，设2个处理（各地区代表性强、弱耐密性品种各1个；河套平原灌区与土默川平原灌区强耐密性的品种均为登海618（DH618），西辽河平原灌区强耐密性的品种为农华101（NH101）；各试验区弱耐密性的品种均为京科968（JK968））；密度为副副区，设4.5万株/hm2（D1）、6.0万株/hm2（D2）、7.5万株/hm2（D3）、9.0万株/ hm2（D4）、10.5万株/hm2（D5）5个密度梯度，每个处理组合设3次重复。纯N：465 kg/hm2，P2O5：210 kg/hm2，K2O：202.5 kg/hm2， N肥按3：6：1比例分别于拔节期、大口期、灌浆期随水追肥，P2O5和K2O作基肥一次性施入。其他管理同一般大田。深松机具均采用五铲式深松犁，牵引动力为约翰迪尔1654拖拉机，作业时间为播种前。生育期内共灌水4次，分别为播前、大口期、吐丝期、灌浆期，灌水量均为750 m3/hm2。

1.2 各平原灌区气象条件

对比三大平原灌区2016年与2017年4月-10月各气象要素（表1），西辽河平原灌区花前积温、花后积温以及全生育期内积温均明显高于河套平原灌区，与土默川平原灌区差异不明显。河套平原灌区日照时数高于西辽河平原灌区，与土默川平原灌区差异不明显。而河套平原灌区花前积温、花后积温以及全生育期内的日照时数明显高于西辽河平原灌区，与土默川平原灌区差异不明显。相同时间段天然降雨量西辽河平原灌区最高，土默川平原灌区次之，河套平原灌区最低。

表1 各平原灌区主要生育阶段气象因子

1.3 各平原灌区土壤基础肥力条件

土壤基础生产力方面（表2），西辽河平原灌区碱解氮与速效钾含量略低于另外两地区，土默川平原灌区速效磷含量显著高于另外两平原灌区。三大平原灌区土壤中有机质含量无明显差异。

表2 各平原灌区播前土壤基础生产力

1.4 测定指标与方法

1）土壤物理性质指标

测定时期：播前、吐丝期、乳熟期

土壤含水率：利用烘干法测定。

土壤含水率=[(湿土质量+盒质量)-(干土质量+盒质量)] /烘干土质量×100% （1）

测定土壤层次：0~10 cm、11~20 cm、21~30 cm、31~40 cm、41~50 cm、51~60 cm、61~70 cm、71~80 cm 8层。

土壤紧实度：利用土壤紧实度仪（SC900 Soil Compaction Meter）测定。

测定土壤层次：0~45 cm，每2.5 cm为一层。

2）根系结构指标

吐丝期各处理选取长势一致有代表性的玉米植株3株，以植株为中心在1/2 株行距处垂直挖剖面。以10 cm为一层取土到80 cm处，且将不同行间的土块标记分开置于尼龙网袋，然后将尼龙网袋取回后先在水中浸泡冲洗干净，再在清水中利用网勺和镊子捡取所有根系；将获取的根系装入自封袋，带回实验室放入冰箱内保存，然后将每袋根样放在透明塑料板上，用镊子和解剖针将其完全展开后放入Epson Perfection V700根系扫描仪扫描获取根系图像；并用WinRhizo根系图像分析系统获取根系长度，将扫描后的根系再一次收集，于60 ℃烘干测定干质量。

3）叶绿素相对含量（SPAD, soil and plant analyzer development）：

于吐丝期（R1）、乳熟期（R3），采用日本美能达公司产手持式SPAD-502型叶绿素计，测定各株玉米穗位叶叶中部上表面的叶绿素相对含量(SPAD值)，每叶测定10点，每个处理测定3株，计算平均值。

4）叶面积指数（LAI, leaf area index）：

2016年于吐丝期（R1）、乳熟期（R3），在各小区内选取长势均一的植株3株，利用直尺对叶片进行长、宽测量。

叶面积（展开）=0.75×长×宽 （2）

叶面积（未展开）=0.5×长×宽 （3）

LAI=单株叶面积×单位土地面积株数/单位土地面积。 （4）

2017年采用SunScan type SS1冠层分析仪进行叶面积指数测定。

5）植株干物质积累量

于收获期，每个小区选取符合密度标准被测植株3株，按叶片、茎秆、苞叶、籽粒等器官分开，放入烘箱中105 ℃杀青30 min，80 ℃恒温烘干后称质量。

6）测产及考种

在收获期进行测产，去除边行效应，每处理验收4行，量取4 m长，计算实际面积，并调查该面积内总株数、穗数、双穗数、空秆数，倒伏数、实际收获株数、收获总穗数，并以实际收获计产。随后每处理随机取10个果穗自然风干，考种测定果穗长、穗粗、秃尖长、穗行数、行粒数、单穗质量、穗粒质量、千粒质量和含水率等，最后计算产量（折算为14%含水率）。

1.5 数据处理及统计分析

文中所用数据均为2016年和2017年2 a数据平均值。采用Microsoft Excel 2003，SPSS Statistics 17.0和Sigmaplot 12.5进行数据处理、作图和统计分析。

2 结果与分析

2.1 深松对土壤物理特性的影响

2.1.1 土壤含水率

土壤中水分会直接影响植物根系的生长和分布，进而影响植株器官的生长进程，最终影响产量。由图1可以看出，深松后土壤含水率显著增加，随着生育期的推进，深松与浅旋之间的含水率差异逐渐减小。播图1前，河套、土默川和西辽河平原灌区深松处理0～80 cm土层内土壤含水率分别较浅旋提高了37.6%、51.3%和38.72%；吐丝期，河套平原灌区、土默川平原灌区与西辽河平原灌区深松处理0～80 cm土层内土壤含水率分别较浅旋提高了3.5%、7.0%和12.2%；乳熟期，三大平原灌区深松处理0～80cm土层内土壤含水率分别提高了7.6%、11.7%和12.9%。但不同地区土壤含水率在0～80 cm土层内的分布有较明显区别。其中，河套平原灌区含水率0～80 cm土层内分布较均匀，土默川平原灌区20～50 cm土层内土壤含水率相对较高，西辽河平原灌区40～80 cm土层内土壤含水率相对较高。

2.1.2 土壤紧实度

土壤紧实度的大小可影响作物根系的生长和下扎，是用于评价土壤耕性的重要土壤物理特性指标。从图2可以看出，在三大平原灌区均表现为深松显著降低了土壤紧实度，尤其是15～45 cm土层紧实度。随生育进程深松效果逐渐减弱。播前，河套平原灌区、土默川平原灌区和西辽河平原灌区0～45 cm土层的土壤紧实度分别降低了42.1%、24.1%和20.7%；吐丝期，河套平原灌区、土默川平原灌区与西辽河平原灌区分别降低了25.3%、28.1%、18.0%；乳熟期，河套平原灌区、土默川平原灌区和西辽河平原灌区分别降低了15.3%、29.5%、14.5%。

2.2 深松对不同种植密度下玉米根系结构特征的影响

2.2.1 单株总根长

由图3可见，强耐密性品种（DH618）单株总根长显著小于弱耐密性品种（JK968）。各品种总根长均随种植密度增加显著降低，强耐密性品种（DH618）降低幅度小于弱耐密性品种（JK968）。深松使玉米单株总根长增加，与浅旋相比，河套平原灌区、土默川平原灌区、西辽河平原灌区的强耐密性品种（DH618或NH101）在D1～D5各种植密度下单株总根长分别增加了40.4、58.0、32.7、24.5、38.5，31.8、40.1、25.9、30.5、27.5 m和2.6、2.5、3.6、3.9、3.2 m。弱耐密性品种（JK968）分别增加了25.2、21.0、23.5、34.4、27.7，26.7、37.5、31.3、31.8、12.3 m和2.2、2.7、2.3、1.9、1.7 m。总体表现为深松与浅旋相比，强耐密性品种的总根长增加幅度大于弱耐密性品种。

2.2.2 单株根干质量

由图4可见，强耐密性品种（DH618或NH101）根系干质量显著小于弱耐密性品种（JK968）。各品种根系干质量均随种植密度的增加显著降低，但强耐密性品种在种植密度间的下降幅度明显低于弱耐密性品种。深松使玉米根系干质量显著增加。河套平原灌区、土默川平原灌区和西辽河平原灌区的强耐密性品种(DH618或NH101)在D1-D5种植密度下的单株根系干质量较浅旋分别增加了3.4、2.3、2.2、1.6、2.8，4.7、2.9、2.9、2.7、3.2 g和1.6、1.5、1.3、1.2、0.5 g；弱耐密性品种（JK968）较浅旋分别增加了3.8、4.4、3.9、3.5、2.1，3.6、2.9、2.2、2.1、1.6 g和3.6、3.0、0.7、2.4、2.5 g。总体表现为深松与浅旋相比，弱耐密性品种单株根系干质量加的幅度大于强耐密性品种。

2.3 深松对不同种植密度下玉米叶片SPAD值的影响

由表3可见，各品种叶片SPAD值在深松和浅旋处理条件下均表现为随着种植密度的增加而降低。深松提高了玉米叶片SPAD值，与浅旋相比，在吐丝期，河套平原灌区、土默川平原灌区和西辽河平原灌区各地区强耐密性品种叶片SPAD值在D1~D5种植密度下分别增加了2.2、1.9、1.9、0.7、1.3，0.7、0.9、1.2、1.0、1.1和0.1、0.5、0.6、0.4、1.0；各地区弱耐密性品种SPAD值则分别增加了2.3、1.9、0.4、1.1、0.8，0.6、0.7、0.7、1.2、0.4和0.3、1.1、0.8、0.7、0.6。在乳熟期，各地区强耐密性品种SPAD值则分别增加了2.5、2.4、2.7、2.7、2.6，0.9、1.0、1.3、1.6、2.3和0.5、1.0、1.1、0.9、1.9；各地区弱耐密性品种SPAD值则分别增加了2.5、3.0、1.9、2.0、1.7，1.5、1.4、1.4、2.0、1.2和0.8、1.7、1.3、1.2、1.3。

各品种叶片SPAD值由吐丝期（R1）到乳熟期（R3）的降低幅度（R1～R3）随种植密度增加而增大。而深松措施减缓了SPAD值降低的幅度，与浅旋相比，河套平原灌区和土默川平原灌区在D1～D5各种植密度下DH618叶片SPAD值的降低幅度分别减小了0.3、0.5、0.8、2.1、1.3和0.2、0.1、0.1、0.5、1.2；在西辽河平原灌区NH101叶片SPAD值的降低幅度则分别减小了0.4、0.5、0.5、0.6、0.9；3个地区JK968叶片SPAD值的降低幅度则分别减小了0.2、1.1、1.6、0.9、0.8，0.9、0.7、0.7、0.8、0.8和0.5、0.6、0.4、0.5、0.6。

表明深松能够减缓吐丝期至乳熟期的SPAD值降低的幅度，有效延缓叶片后期的衰老，提高叶片的持绿性；种植密度越高，减缓效果越明显，且对强耐密性品种作用更大。

2.4 深松对不同种植密度下LAI的影响

由表4可见，在深松和浅旋条件下，不同耐密性品种LAI均随种植密度的增加而增大。深松措施提高了群体LAI，与浅旋相比，在吐丝期，河套平原灌区和土默川平原灌区DH618的LAI在D1～D5种植密度下分别增加了0.1、0.2、0.3、0.3、0.4和0.2、0.2、0.5、0.4、0.3；在西辽河平原灌区NH101的LAI则分别增加了0.2、0.2、0.3、0.3、0.3；3个地区JK968的LAI则分别增加了0.1、0.2、0.1、0.2、0.3，0.2、0.1、0.2、0.2、0.2和0.2、0.1、0.2、0.2、0.1。在乳熟期，河套平原灌区和土默川平原灌区DH618的LAI则分别增加了0.2、0.3、0.3、0.4、0.4和0.3、0.3、0.4、0.5、0.5，西辽河平原灌区NH101的LAI则分别增加了0.2、0.2、0.4、0.4、0.4；3个地区JK968的LAI则分别增加了0.2、0.2、0.2、0.2、0.3，0.2、0.2、0.3、0.3、0.3和0.2、0.1、0.2、0.3、0.2。

深松和浅旋条件下，各品种由吐丝期（R1）至乳熟期（R3）LAI的降低幅度（R1～R3）随种植密度的增加而增大；而深松措施减缓了LAI的降低幅度，与浅旋相比，河套平原灌区和土默川平原灌区DH618在D1～D5各种植密度下，由吐丝期（R1）到乳熟期（R3）LAI的降低幅度（R1～R3）分别减小了0.02、0.05、0.05、0.05、0.08和0.05、0.04、-0.01、0.08、0.21；西辽河平原灌区NH101则分别减小了0.06、0.06、0.06、0.14、0.12；3个地区JK968则分别减小了0.02、0.01、0.04、0.04、0.06，0.02、0.12、0.09、0.08、0.09和0.02、0.01、0.02、0.07、0.05。

综合分析表明，深松显著提高了玉米LAI，减小玉米生育后期LAI的降低幅度，对乳熟期LAI提高效果较吐丝期明显，且种植密度越高作用效果越明显，对强耐密性品种作用效果更好。

图1 各平原灌区不同耕作方式下土壤含水率的变化

图2 各平原灌区不同耕作方式下土壤紧实度的变化

图3 各平原灌区2种耕作方式不同种植密度下吐丝期单株根系长度的变化

图4 各平原灌区2种耕作方式不同种植密度下吐丝期单株总根系干质量的变化

表3 各平原灌区2种耕作方式不同种植密度下各品种吐丝期(R1)和乳熟期(R3)的SPAD值

注：D1~D5依次为种植密度：4.5、6.0、7.5、9.0、10.5（104·hm-2），表中小写字母表示0.05显著水平上的差异性，下表同。

Note: D1~D5 are panting density 4.5, 6.0, 7.5, 9.0, 10.5（104·hm-2）,respectively, the lowercase letters in the table indicate the difference at the 0.05 significant level. The following table is the same.

表4 各平原灌区2种耕作方式不同种植密度下吐丝期（R1）和乳熟期（R3）的LAI

2.5 深松对不同种植密度下干物质积累量的影响

2.5.1 单株干物质积累量

由图5可见，同一密度下强耐密性品种的单株干物质积累量小于弱耐密性品种；各玉米品种单株干物质量随种植密度增加而降低。深松显著增加了各种植密度下单株干物质积累量，与浅旋相比，河套平原灌区和土默川平原灌区DH618在D1～D5各种植密度下单株干物质积累量分别提高了31.4、25.9、20.8、23.9、31.6 g和58.9、46.2、35.6、35.1、44.4 g；西辽河平原灌区NH101则分别提高了22.4、26.2、26.3、23.2、23.4 g；3个地区JK968则分别提高了31.9、22.5、22.4、21.2、19.3，48.9、40.1、33.6、49.7、38.3 g和20.1、16.3、13.6、20.0、18.6 g。

图5 各平原灌区2种耕作方式不同种植密度下收获期单株干物质积累量的变化

2.5.2 群体干物质积累量

由图6可见，低密度下强耐密性品种的群体干物质积累量小于弱耐密性品种，随着种植密度增加群体干物质积累量趋同；各玉米品种群体干物质量随种植密度增加而呈现二次抛物线增加。深松与浅旋相比，河套平原灌区和土默川平原灌区DH618在D1-D5各种植密度下群体干物质积累量分别增加了1.4、1.6 、1.6、2.2、3.3 t/hm2和2.7、2.8、2.7、3.2、4.7 t/hm2；西辽河平原灌区NH101分别增加了1.0、1.6、2.0、2.1、2.5 t/hm2；3个地区JK968则分别增加了1.4、1.3、1.7、1.9、2.0，2.2、2.4、2.5、4.5、3.9 t/hm2和0.9、1.0、1.0、1.8、2.0 t/hm2。深松可以显著增加群体干物质积累量，种植密度越高增加幅度越大。同时，深松进一步提高了不同耐密性品种最高群体干物质积累量所在种植密度，对强耐密性品种的增密作用效果更大。

图6 各平原灌区2种耕作方式不同种植密度下群体干物质积累量的变化

2.6 深松对玉米产量的影响

由图7可见，深松明显提高了各品种的产量，随种植密度的增加，增产效果越明显，且强耐密性品种在高种植密度条件下的增产效果更加显著。深松与浅旋相比，河套平原灌区和土默川平原灌区DH618产量在D1～D5种植密度下分别提高了0.24、0.70、0.88、0.85、1.20 ，0.58、0.46、0.73、1.44、3.06 t/hm2，2地区JK968则分别提高了0.34、0.51、0.52、0.61、1.03，0.57、0.55、0.69、2.44、1.18 t/hm2；西辽河平原灌区NH101则分别提高了0.46、0.46、0.58、0.70、0.98 t/hm2，JK968分别提高了0.27、0.36 、0.50、0.71、0.38 t/hm2。

进一步挖掘深松调控对各平原灌区玉米产量作用潜力，对各平原灌区不同耐密性品种产量与种植密度进行线性关系分析。

由图8可见，各品种均表现为产量与种植密度呈现“线性+平台”关系。深松条件下，河套平原灌区强耐密性品种拐点出现在种植密度8.14万株/hm2，低于8.14万株/hm2时，每公顷增加1万株，产量增加0.66t，高于8.14万株/hm2时，产量为14.84 t/hm2；弱耐密性品种拐点出现在种植密度8.02万株/hm2，低于8.02万株/hm2时，每公顷增加1万株，产量增加0.74 t，高于8.02万株/hm2时，产量为15.03t/hm2；土默川平原灌区强耐密性品种拐点出现在种植密度10.06万株/hm2，低于10.06万株/hm2时，每公顷增加1万株，产量增加0.98 t，高于10.06万株/hm2时，产量为17.10 t/hm2；弱耐密性品种拐点出现在种植密度7.05万株/hm2，低于7.05万株/hm2时，每增加1万株，产量增加0.96 t，高于7.05万株/hm2时，产量为15.22 t/hm2；西辽河平原灌区强耐密性品种拐点出现在种植密度7.39万株/hm2，低于7.39万株/hm2时，每公顷增加1万株，产量增加0.76 t，高于7.39万株/hm2时，产量为13.67 t/hm2；弱耐密性品种拐点出现在种植密度6.83万株/hm2，低于6.83万株/hm2时，每公顷增加1万株，产量增加0.71 t，高于6.83万株/hm2时，产量为13.35 t/hm2。

图7 各平原灌区2种耕作方式不同种植密度下产量的变化

注：Y1表示DH618（RT）、Y2表示DH618（SS）、Y3表示JK968（RT）、Y4表示JK968（SS）

可见，强耐密性品种出现拐点时的种植密度（6.99～8.49万株/hm2）均高于弱耐密性品种（5.79～7.66万株/hm2），深松后，强耐密性品种平均增密0.79万株/hm2，弱耐密性品种平均增密0.60万株/hm2。强耐密性品种产量为12.83～14.84 t/hm2，弱耐密性品种产量为12.80～14.20 t/hm2；深松对强耐密性品种平均增产1.37 t/hm2，对弱耐密性品种平均增产1.06 t/hm2。说明深松对强耐密性品种增密增产效果更明显，强耐密性品种增密增产潜力更大。

2.7 不同生态区深松效果差异性分析

通过对各指标在不同生态区对深松响应的方差分析表明（表5），不同生态区间LAI、单株干物质、群体干物质、根系形态和产量等指标的深松效果差异性均达到显著水平以上。

进一步将深松条件下不同耐密性品种区域间存在差异的植株性状与生态环境因子进行通径分析（见表6, 表7）可见：深松条件下，花后日温差<10 ℃天数（P13-Y1=-0.880）和花前日均日照时数（P20-Y1=0.284）对强耐密性品种单株根长在区域间差异起到直接效应，但是花前日均日照时数通过花后日温差<10 ℃天数对单株根长起到间接效应，且值为0.241，接近其直接通径系数，因此，花后日温差<10 ℃天数是影响强耐密性品种单株根长对深松响应区域间差异的关键因素；土壤中速效磷含量是影响单株干物质（P23-Y2=0.861）和群体干物质（P23-Y30.834）对深松响应区域间差异的直接因素；花后日照时数<8 h天数（P17-Y4=-0.899）是影响产量对深松响应区域间差异的直接因素（表7）。对弱耐密性品种来说，花后日温差<10 ℃天数（P13-Y1=-1.255）、花前日均温度（P18-Y1=0.663）和土壤中碱解氮含量（P22-Y1=0.154）是影响单株根长对深松响应差异的主要因素，但花前日均温度和土壤中碱解氮含量通过花后日温差<10 ℃天数间接影响根长，间接通径系数为-0.943和0.929，大于其直接通径系数，因此，花后日温差<10℃天数是对深松响应区域间差异的主要因素；花后日均温度（P19-Y2=-0.907）和花后日照时数<8 h天数（P17-Y2=-0.169）是影响根干质量对深松响应差异的主要因素，但是花后日照时数<8 h天数通过花后日均温度的间接系数为-0434，较其直接效应大，因此，根干质量对深松响应区域间差异的关键因素是花后日均温度；土壤中速效磷含量（P23-Y3=0.953、P23-Y4=0.949）和碱解氮含量（P22-Y3=0.282、X22-Y4=0.296）是影响单株干物质和群体干物质对深松响应区域间差异的主要原因；土壤中速效磷含量（P23-Y5=0.899）是影响产量对深松响应区域间差异的直接原因。对比不同耐密性品种各指标与生态因子的关系可以发现，耐密性强的品种各指标对深松的作用更加稳定，耐密性弱的品种各指标对深松的效果更易受生态因子影响。且花后日温差<10 ℃天数、花后日照时数<8 h天数、花后日均温度和土壤中速效磷含量是不同耐密性品种对深松响应区域间差异的共性影响因素。

表5 各植株性状对深松的响应在三大平原灌区的方差分析

3 讨 论

合理的冠层结构，高效的光合物质生产系统有利于构建高产群体结构，是高产的基础[15]。春玉米群体结构主要受品种及栽培措施控制[16]。而种植密度对玉米冠层结构及其功能的影响要大于其他栽培措施[17]。有研究认为紧凑型玉米在适当高的密度条件下最大LAI为5.5～6.0，成熟期仍能保持在3.5左右[18-19]。良好的株型有利于群体冠层结构的改善，增加透光率，提高光合物质生产能力，最终提高产量[20]。王富贵[21]研究表明种植密度增加后植株间簇拥效应更加明显，生育后期LAI、叶片SPAD值下降幅度增大，弱耐密性品种下降幅度更大，成熟期强耐密性品种单株干物质积累量降低25.9%，弱耐密性品种降低42.0%，因此，导致了高密度下的减产。本试验在浅旋条件下的研究结果与王富贵的研究一致，但深松后叶片SPAD值、LAI和单株干物质积累量均得到提高，尤其是对后期叶片SPAD值和LAI的作用效果更加明显。表现为吐丝至乳熟期间，弱耐密性品种叶片SPAD值降低幅度由7.6～10.9变成7.1～10.1，强耐密性品种叶片SPAD值降低幅度由6.8～10.1变成6.3～8.9；弱耐密性品种LAI降低幅度由0.45～1.32变成0.43～1.23，强耐密性品种LAI降低幅度由0.36～1.19变成0.30～0.98。说明深松有效地延缓了植株后期的衰老，进一步增加叶片的持绿期，延长光合生产时间。

表6 强耐密性品种各指标与生态因子通径分析

注：各生态因子为X1为花前积温;X2为花后积温;X3为全生育期积温;X4为花前日照;X5为花后日照时数;X6为全生育期日照时数;X7为花前降雨量;X8为花后降雨量;X9为全生育期降雨量;X10为花前日温差>10℃天数;X11为花前日温差<10℃天数;X12为花后日温差>10℃天数;X13为花后日温差<10℃天数;X14为花前日照时数>8h天数;X15为花前日照时数<8 h天数;X16为花后日照时数>8 h天数;X17为花后日照时数<8 h天数;X18为花前日均温度;X19为花后日均温度;X20为花前日均日照时数;X21为花后日均日照时数;X22为土壤中碱解氮含量;X23为土壤中速效磷含量;X24为土壤中速效钾含量;X25为土壤中有机质含量.

Note: The expression patterns of ecological factors were as follows:X1 is Accumulated Temperature before Flowering;X2 is Accumulated Temperature after Flowering;X3 is Accumulated Temperature of Growth Period;X4 is Ssunshine Hours before Flowering;X5 is Funshine Fours after Flowering;X6 is Sunshine Hours of Growth Period;X7 is Precipitation before Flowering;X8 is Precipitation after Flowering;X9 is Precipitation of Growth Period;X10 is Days of Daily Temperature Difference > 10 ℃ before Flowering;X11 is Days of Daily Temperature Difference ＜10 ℃ before Flowering；X12 is Days of Daily Temperature Difference > 10 ℃ after Flowering;X13 is Days of Daily Temperature Difference ＜10 ℃ after Flowering;X14 is Days of Sunshine Hours > 8h before Flowering;X15 is Days of Sunshine Hours ＜ 8h before Flowering;X16 is Days of Sunshine Hours > 8h after Flowering; X17 is Days of Sunshine Hours ＜ 8h after Flowering;X18 is Average Temperature before Flowering; X19 is Average Temperature after Flowering; X20 is Average Sunshine Hours before Flowering;X21 is Average Sunshine Hours after Flowering; X22 is Alkaline Hydrolysis Nitrogen Content; X23 is Available Phosphorus Content; X24 is Available Potassium Content; X25 is Organic Matter Content.

玉米高产栽培中，种植密度是影响产量的关键因素之一[22]，只有保持单株和群体效应之间的平衡，即在一定的密度下保持较高的单株生产力，品种才能获得高产稳产[23]。然而，当种植密度达一定程度后，产量又随种植密度的增加而降低。不同株型的品种，群体产量的适宜密度不同，所以生产中应根据品种类型及产量构成因素间的关系，合理密植，提高单产[24]。本研究表明深松能够增加生育期内土壤含水率、降低土壤容重和土壤紧实度，从而为根系生长提供更为舒适的环境，促进根系的生长发育，缓解单株干物质积累量由于种植密度增加引起的迅速下降，最终增加了最大群体干物质积累量和产量，使强耐密性品种最高产量时的种植密度由8.28～9.62增加到8.68～10.12万株/hm2，最高产量由13.22～13.81增加到13.88～14.89 t/hm2；弱耐密性品种最高产量时的种植密度由8.16～8.89增加到8.17～9.62万株/hm2，最高产量由13.26～14.30增加到13.83～14.80 t/hm2；深松条件下，强耐密性品种的根系伸长生长大于弱耐密性品种，而根系的加粗生长则相反，这种根系生长的结构功能特性，决定了强耐密性品种较弱耐密性品种在更高种植密度下其增密增产效果更明显。

表7 弱耐密性品种各指标与生态因子通径分析

2006-2007年全国出现39块超高产玉米田, 绝大多数集中在光照充足和昼夜温差大的高海拔地区[25]。生态条件是影响玉米生长发育的主要因素，其中，温度是影响玉米生育进程的主要因素，随着纬度的北移，玉米产量显著变化，先增加再降低，在39°08′达到最高[26]。李梁[27]表示在日照充足，积温相对较低的地区可以继续增加种植密度，产量不同主要是千粒质量的差异造成的，花后积温是影响千粒质量的重要因子，尤其是灌浆中期到成熟期的积温，24.98 ℃最有利于千粒质量。白美兰[28]以通辽，赤峰，临河，呼市为代表站，分析1971-2000多年玉米产量与气象因子的相互关系，认为降水量，气温，风速是影响玉米产量的主导因子，温度是影响生育进程快慢的主要因子，天然降水对玉米产量的影响的相关系数在0.27以上，生育后期日照时数对产量的影响在0.23。赵锦[29]认为降水，土壤条件，栽培管理和农业技术对中国玉米产量的影响程度分别占光温潜在产量的45.8%、9.2%、14.3%，降水是全国玉米高产稳产的主要影响因子。陈亮[30]研究表明光照、积温与降雨量是造成丹东、沈阳、铁岭产量差异的主要原因。李雅剑[31]研究结果表明提升土壤基础生产力可以实现玉米产量的提高。

本试验在前人研究的基础上，着重研究不同生态区春玉米各指标对深松调控响应差异的原因及其在不同耐密性品种间的差异。研究结果表明不同生态区间春玉米根系形态、冠层生理特性和产量及其构成等指标对深松调控的响应程度均存在显著差异。花后日温差<10 ℃天数、花后日照时数<8 h天数、花后日均温度和土壤中速效磷含量是区域间深松效果存在差异的关键因素。

4 结 论

深松改善了土壤环境，从而促进了根系的生长，其中，单株根系长度增加7.1%，单株根系质量增加13.0%，帮助吸收更深土层的水分和养分，保证植株生长健壮。深松减缓了叶片SPAD值和LAI后期的下降速度，有效地延缓了植株后期的衰老，延长光合物质生产时间，从而提高产量6.1%，并且增加最高产量时的种植密度亦增加。强耐密性的品种较弱耐密性品种在更高种植密度下增密增产效果更明显,并且，耐密性强的品种在不同平原灌区对深松的响应更加稳定。因此，选用强耐密性品种通过深松耕作再增密（在改土改品种的基础上再增密即“两改一增”技术）是进一步增产的有效途径。

[1] 刘志娟，杨晓光，王文峰，等. 全球气候变暖对中国种植制度可能影响：Ⅳ. 未来气候变暖对东北三省春玉米种植北界的可能影响[J]. 中国农业科学，2010，43(11)：2280－2291. Liu Zhijuan, Yang Xiaoguang, Wang Wenfeng, et al. The possible effects of global warming on cropping systems in china Ⅵ. possible effects of future climate change on northern limits of cropping system in China[J].Scientia Agricultura Sinica, 2010, 43(11): 2280－2291. (in Chinese with English abstract)

[2] 曹铁华，梁煊赫，刘亚军，等. 吉林省气候变化对玉米气象产量的影响[J]. 玉米科学，2010，18(2)：142－145 Cao Tiehua, Liang Xuanhe, Liu Yajun, et al. Influence of climate change on meteorological yield of maize in jilin province[J]. Journal of Maize Sciences, 2010, 18(2): 142－145. (in Chinese with English abstract)

[3] 明博，谢瑞芝，侯鹏，等. 2005—2016 年中国玉米种植密度变化分析[J]. 中国农业科学，2017，50(11)：1960－1972. Ming Bo, Xie Ruizhi, Hou Peng, et al. Changes of maize planting density in China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(11): 1960－1972. (in Chinese with English abstract)

[4] 张世煌，李少昆. 国内外玉米产业技术发展报告[M]. 北京：中国农业科学技术出版社，2010.Zhang Shihuang, Li Shaokun. Domestic and foreign corn industry technology development report[M]. Beijing：China agricultural science and technology press, 2010. (in Chinese with English abstract)

[5] 宋日，吴春胜，牟金明，等. 深松土对玉米根系生长发育的影响[J]. 吉林农业大学学报，2000，22(4)：73－75，80. Song Ri, Wu Chunsheng, Mu Jinming, et al. Effect of subsoil ing on root growth of maize[J]. Journal of Jilin Agricultural University, 2000, 22(4): 73－75, 80. (in Chinese with English abstract)

[6] 粟维，朱海燕，逄焕成，等. 深松方式对玉米根系分布及水分利用效率的影响[J]. 作物杂志，2014(3)：77－80. Su Wei, Zhu Haiyan, Pang Huancheng, et al. Effect of subsoiling modes on root distribution and water sse efficiency in maize[J]. Crops, 2014(3): 77－80. (in Chinese with English abstract)

[7] 于晓芳，高聚林，张峰，等. 春季深松对内蒙古西部农田土壤结构及玉米产量的影响[J]. 内蒙古农业科技，2012，3：21－23. Yu Xiaofang, Gao Julin, Zhang Feng, et al. Effect of subsoiling in spring on farmland soil structure and maize yield in western Inner Mongolia[J]. Inner Mongolia Agricultural Science And Technology, 2012, 3: 21－23. (in Chinese with English abstract)

[8] 张瑞富，杨恒山，高聚林，等. 深松对春玉米根系形态特征和生理特性的影响[J]. 农业工程学报，2015，31(5)：78－84. Zhang Ruifu,Yang Hengshan, Gao Julin, et al. Effect of subsoiling on root morphological and physiological characteristics of spring maize[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(5): 78－84. (in Chinese with English abstract)

[9] 侯海鹏，丁在松，马玮，等. 高产夏玉米产量性能特征及密度深松调控效应[J]. 作物学报，2013，39(6): 1069－1077 Hou Haipeng, Ding Zaisong, Ma Wei, et al. Yield performance characteristics and regulation effects of plant density and sub-soiling tillage system for high yield population of summer maize[J]. Acta Agronomica Sinica, 2013, 39(6): 1069－1077. (in Chinese with English abstract)

[10] 孙贵臣，冯瑞云，陈凌，等. 深松免耕种植对土壤环境及玉米产量的影响[J]. 作物杂志，2014，4：129－132. Sun Guicheng, Feng Ruiyun, Chen Ling, et al. Effect of deep loosening and zero tillage on soil environment and maize growth[J]. Crops, 2014, 4: 129－132. (in Chinese with English abstract)

[11] 郭家萌，刘振朝，高强，等. 深松对玉米产量和养分吸收的影响[J]. 水土保持学报，2016，30(2)：249－254. Guo Jiameng, Liu Zhenchao, Gao Qiang, et al. Effects of subsoiling on yield and nutrient uptake of maize[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2016, 30(2): 249－254. (in Chinese with English abstract)

[12] 朴琳，任红，展茗，等. 栽培措施及其互作对北方春玉米产量及耐密性的调控作用[J]. 中国农业科学，2017，50(11)：1982－1994. Piao Lin, Ren Hong,Zhan Ming, et al. Effect of cultivation measures and their interactions on grain yield and density resistance of spring maize[J].Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(11): 1982－1994. (in Chinese with English abstract)

[13] 国家统计局. 中国统计年鉴[M]. 北京：中国统计出版社，2015.National bureau of statistics. China Statistical Yearbook [M]. Beijing: China Statistical Press, 2015. (in Chinese with English abstract)

[14] 2017年美国高产竞赛[N]. 智种网，2017-12-20.

[15] 吕丽华，陶洪斌，夏来坤，等. 不同种植密度下的夏玉米冠层结构及光合特性[J]. 作物学报，2008，34(3)：447－455. Lv Lihua, Tao Hongbin, Xia Laikun, et al. Canopy structure and photosynthetic characteristics of summer maize under different planting densities[J]. Acta Agronomica Sinica, 2008, 34(3): 447－455. (in Chinese with English abstract)

[16] 蒋飞，曾苏明，高园园. 不同种植密度对玉米产量的影响[J]. 现代农业科技，2011(5)：46－47. Jiang Fei, Zeng Suming,Gao Yuanyuan. Effect of different planting density on maize yield[J].Mod Agric Sci Technol, 2011(5): 46－47. (in Chinese with English abstract)

[17] 李明，李文雄. 肥料和密度对寒地高产玉米源库性状及产量的调节作用[J]. 中国农业科学，2004，37(8)：1130－1137 Li Ming, Li Wenxiong. Canopy structure and photosynthetic characteristics of summer maize under different planting densities[J]. Scientia Aogricultura Sinica, 2004, 37(8): 1130－1137. (in Chinese with English abstract)

[18] 李登海. 从事紧凑型玉米育种的回顾与展望[J]. 作物杂志，2000，5：1－5. Li Denghai. Review and prospect of compact maize breeding[J]. Crops, 2000, 5: 1－5. (in Chinese with English abstract)

[19] 王崇香，蔡玉金，史艳昌，等. 玉米新品种登海605的特征特性及栽培技术[J]. 现代农业科技，2011(13)：89. Wang Chongxiang, Cai Yujin, Shi Yanchang, et al. Chara­cteristics and cultivation techniques of new maize variety Denghai 605[J].Mod Agric Sci Technol, 2011(13): 89. (in Chinese with English abstract)

[20] Duvick D N，Smith J S C，Cooper M. Long-term selection maize hybrids differinginleafsenescence[J]. Plant­­ Breeding Reviews, 2004, 24：109－151.

[21] 王富贵，高聚林，于晓芳，等. 高产春玉米耐密性生理机制及其深松调控[D]. 呼和浩特：内蒙古农业大学，2017. Wang Fugui, Gao Julin, Yu Xiaofang, et al. Physiological mechanism of densification and its regulation in high yield spring maize[D]. Huhhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[22] 张洪生，盖伟玲，李玲燕，等. 种植密度对不同玉米品种抗倒伏性及产量的影响[J]. 中国种业，2009，6：34－35. Zhang Hongsheng, Ge Weiling, Li Lingyan, et al. Effect of planting density on lodging resistance and yield of different maize varieties[J]. China Seed Industry, 2009, 6: 34－35. (in Chinese with English abstract)

[23] 杨世民，廖尔华. 玉米密度与产量及产量构成因素关系的研究[J]. 四川农业大学学报，2000，18(4)：322－324. Yang Shimin, Liao Erhua. Study on the relatioanship between maize planting density and yield constitute factor[J]. Journal of Sichuan Agricultural University, 2000, 18(4): 322－324. (in Chinese with English abstract)

[24] Tokatlidis I S, Koutroubas S D. A review of maize hybrids’de-pendence on high plant populations and its implications for crop yield stability[J].Field Crops Res, 2004, 12: 103－114.

[25] 陈国平，杨国航，赵明，等. 玉米小面积超高产创建及配套栽培技术研究[J]. 玉米科学，2008，16(4)：1－4. Chen Guoping, Yang Guohang, Zhao Ming,et al. Study on Establishment of Super-high Yield in Small Area of Maize and Its Complementary Cultivation Techniques[J]. Joumal of Maize Sciences, 2008, 16(4): 1－4. (in Chinese with English abstract)

[26] 刘月娥. 玉米对区域光、温、水资源变化的响应研究[D].北京：中国农业科学院，2013. Liu Yuee. Response of Maize to Regional Light, Tempe­ratu­re and Water Resources Changoes[D]. Beijing: Chinese Aca­demy of Agricultural Sciences, 2013. (in Chinese with Eng­lish abstract)

[27] 李梁，陶洪斌，周祥利，等. 密度对吉林省不同生态区玉米产量及其构成因素的影响[J]. 中国农业大学学报，2011，16(6)：37－42. Li Liang, Tao Hongbin, Zhou Xiangli, et al. Canopy structure and photosynthetic characteristics of summer maize under different planting densities[J]. Journal of China Agricultural University, 2011, 16(6): 37－42. (in Chinese with English abstract)

[28] 白美兰，刘兴汉，冯晓晶，等. 内蒙古玉米主产区气候条件对产量的影响[J]. 内蒙古气象，2004，3(18)：35－37 Bai Meilan, Liu Xinghan, Feng Xiaojing, et al. Effect of climate conditions on maize yield in main maize- producing areas of Inner Mongolia[J]. Meteorology Journal of Inner Mongolia, 2004, 3(18): 35－37. (in Chinese with English abstract)

[29] 赵锦. 气候变化背景下我国玉米产量潜力及提升空间研究[D]. 北京：中国农业大学，2015. Zhao Jin. Study on Maize Yield Potential and Promotion Space in China under the Background of Climate Change[D]. Beijing: China Agricultural University, 2015. (in Chinese with English abstract)

[30] 陈亮，张宝石，王洪山，等. 生态环境与种植密度对玉米产量和品质的影响[J]. 玉米科学，2007，15(2)：88－93 Chen Liang, Zhang Baoshi, Wang Hongshan, et al. Effects of ecological environment and planting density on yield and quality of maize[J]. Joumal of Maize Sciences, 2007, 15(2): 88－93. (in Chinese with English abstract)

[31] 李雅剑. 土壤基础生产力与玉米产量和氮肥利用效率的关系[D]. 呼和浩特：内蒙古农业大学，2017. Li Yajian. Relationship between Soil Basic Productivity and Maize Yield and Nitrogen Fertilizer Use Efficiency[D]. Huhhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2017. (in Chinese with English abstract)

Mechanism behind densification and yield increase of spring maize with different density-tolerance regulated by subsoiling

Yu Xiaofang1, Sun Hongli1, Gao Julin1※, Wang Zhigang1, Yang Hengshan2, Zhang Ruifu2, Hu Shuping1, Sun Jiying1

(1.010019,2.028042,)

In order to explore the effect mechanism of subsoiling on density-tolerance of maize varieties, and provide a scientific basis for increasing density and improving production in Inner Mongolia plain irrigation area by subsoiling measures. This study was implemened in the three major plain irrigation districts of Inner Mongolia. Different density tolerant spring maize varieties were used as test materials, Denghai 618 (DH618, density tolerant ) was planted in the irrigation areas of Hetao Plain and Tumochuan Plain, Nonghua 101 (NH101, density tolerant) in the irrigation area of Xiliaohe Plain, and Jingke 968 (JK968, density sensitive) in the irrigation area of above three plains. In the experiment, we set up 5 planting density gradients (45 000, 60 000, 75 000, 90 000 and 105 000 plants/hm2) under subsoiling and shallow rotation tillage conditions, respectively, and determined and analyzed the indexes of configuration characteristic of root system, canopy physiological characteristics, yield and yield components. The results showed that subsoiling measures improved soil water content in 0–80 cm, and reduced soil compaction. Compared to shallow rotation, the root length and dry weight of maize significantly increased under subsoiling condition. Meanwhile, SPAD value, leaf area index (LAI) and dry matter per plant were too obviously improved, especially in late growth stage. From spinning to milk-cooking, the reduction extent of density tolerant varieties leaf SPAD was decreased from 6.8- 10.1 to 6.3-8.9, and that of density sensitive varieties was reduced from 7.6-10.9 to 7.1-10.1. The decreasing range of density tolerant varieties LAI was changed from 0.45-1.32 to 0.43-1.23, and that of density sensitive varieties was decreased from 0.45-1.32 to 0.43-1.23. Subsoiling effectively delayed senescence, prolonged photosynthetic time, alleviated the decline rate of dry matter accumulation per plant with density increasing, and improved the density tolerance of maize. Finally, yields of different density tolerant spring maize varieties were increased under various planting densities, and achieved the effect of increasing density and yield. The responses of different density-tolerant varieties to subsoiling were different. Subsoiling made the planting density of density tolerant varieties reaching the highest yield to increase from 82 800–96 200 to 86 800 –112 000 plants/hm2, and the highest yield improved from 13.22-13.81 to 13.88-14.89 t/hm2. However, the planting density of density sensitive varieties increased from 81 600-89 000 to 81 700-96 200 plants/hm2, and the highest yield increased from 13.2 -14.30 to 13.83-14.80 t/hm2. Yield and planting density was fitted with "linear + platform". The results showed that the density tolerant varieties could increase 7 900 plants/hm2with yield by 1.37 t/hm2, while the density sensitive variety could increase 6 000 plants/hm2with yield by 1.06 t/hm2through subsoiling measure. Variance analysis of maize plant characters responsing to subsoiling in three plain irrigation in three plain irrigation areas showed that the root length, root dry weight, LAI, group dry matter quality and yield of maize shoots were significantly (< 0.05) different in different ecological regions. Path analysis of plant indices with ecological factors indicated that the main ecological factors of causing interregional differences in subsoiling effect were mainly determined by the after anthesis day temperature difference <10℃, the after flowering sunshine duration <8 h, the after flowering anthesis average temperature and the content of soil available phosphor. The deep loosening effect of density tolerant varieties was more stable among regions.

crops; subsoiling; tillage; spring maize; density tolerance; increasing plant- density and improving yield

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.004

S513

A

1002-6819(2019)-13-0035-12

2018-11-21

2019-05-29

国家自然科学基金（31560360）；国家科技支撑计划（2013BAD07B04）；国家玉米产业技术体系（CARS-02-50）

于晓芳，博士，副教授，从事玉米生理生态研究，Email：yuxiaofang75@163.com；

高聚林，博士，教授，主要从事玉米生理生态研究，Email：nmgaojulin@163.com。

于晓芳，孙洪利，高聚林，王志刚，杨恒山，张瑞富，胡树平，孙继颖. 深松对不同耐密性春玉米增密增产调控机制 [J].农业工程学报，2019，35(13)：35－46. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.004 http://www.tcsae.org

Yu Xiaofang, Sun Hongli, Gao Julin, Wang Zhigang, Yang Hengshan, Zhang Ruifu, Hu Shuping, Sun Jiying.Mechanism behind densification and yield increase of spring maize with different density-tolerance regulated by subsoiling [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(13): 35－46. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.004 http://www.tcsae.org